[發明專利]氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片制造方法和外延晶片

無效

• 申請號: 200810131104.0
• 申請日: 2008-07-28
• 公開（公告）號: CN101353819A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 藤田俊介
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 主分類號: C30B29/38
• 分類號: C30B29/38;C30B29/40;C30B25/02;H01L21/205
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 梁曉廣;陸錦華

技術領域

本發明涉及氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片制造方法以及外延晶片。

背景技術

采用氮化鎵(GaN)晶體作為發光二極管(LED)、激光二極管(LD)等半導體器件的襯底。對于氮化鎵晶體，其具有3.4eV的能量帶隙和高導熱率，因為可以在該晶體的背面提供電極，所以可以降低半導體器件的驅動(工作)電壓。

這種半導體器件的制造方法的示例包括在日本未審查專利申請公布No.2005-251961(專利文獻1)中提出的以下方法。首先，通過沉積技術，如有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或氫化物氣相外延(HVPE)，將由III族氮化物晶體組成的籽晶層沉積在下襯底的第一主面上。之后，通過液相生長技術在籽晶上生長III族氮化物單晶并移除下襯底，由此制造III族氮化物單晶晶片。接下來，在III族氮化物單晶晶片的第一主面上形成半導體器件。然后，為了例如提高器件的散熱特性，通過研磨、拋光等對III族氮化物單晶晶片的第二主面進行移除處理，以減小晶片的厚度。

此外，例如，在日本未審查專利申請公布No.H11-68156(專利文獻2)中，公開了通過MOCVD在襯底上沉積III族氮化物半導體層。專利文獻2描述了在該生長中，在露點達到-90℃的精煉氫氣作為載氣的情況下，使用乙硅烷(Si₂H₆)來生長0.2μm厚的摻雜硅(Si)的n型GaN層。

然而，如同在專利文獻1中一樣，在III族氮化物單晶晶片的第二主面上執行減小厚度的工藝，具有產生裂縫的問題，在生長期間將雜質引入到該晶體是影響因素。

此外，在專利文獻2中，每個層都是通過MOCVD生長的，這使得沉積層的厚度增大受到了抑制。

發明內容

因此，本發明的目的是提供氮化鎵晶體生長方法、氮化鎵晶體襯底、外延晶片和外延晶片制造方法，由此可以抑制在進行減小厚度操作時產生的裂縫，并且可以生長具有相當大厚度的氮化鎵晶體。

作為共同研究努力的結果，本發明人發現：在通過適于增加晶體厚度的HVPE技術生長晶體并用硅作為摻雜劑進行氮化鎵沉積時，造成裂縫發生的原因是由于載氣中的氧。原因是：因為硅具有很容易被包含在載氣中的氧(O)氧化的性質，所以硅與載氣內的氧反應生成二氧化硅(SiO₂)或其它硅氧化物。如果將硅帶入GaN晶體成為硅氧化物，那么硅氧化物就會成為不能用作n型雜質的雜質。結果，氮化鎵晶體變硬和變脆，相信當對該氮化鎵晶體進行減小厚度的工藝時，會導致裂縫的產生。

本發明人還發現：載氣中的氧會導致裂縫的產生是HVPE特有的問題，對于MOCVD沒有出現該問題。此原因是：在通過MOCVD的氮化鎵晶體生長時，使用有機金屬作為前驅物氣體。由此載氣中的氧在與硅反應之前先與有機金屬中的碳(C)反應，并作為一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO₂)排放到反應爐的外部。而且，即使將硅氧化物帶入晶體，因為生長的氮化鎵晶體層的厚度在幾μm厚的等級，所以不太可能產生裂縫。因此，通過MOCVD生長晶體的前述專利文獻2，未解決在硅作為摻雜劑的情況下生長氮化鎵晶體時產生裂縫的問題。因此，盡管使用低露點載氣，專利文獻2也沒有使得硅氧化物產生保持到最小的效果。

作為本發明人深入調查的結果，基于上述研究，抑制在生長晶體的氮化鎵HVPE沉積執行中裂縫的發生，其中，在生長晶體的氮化鎵HVPE沉積中硅作為摻雜劑，他們實現了在HVPE情形下在氮化鎵晶體生長期間，如果載氣具有-60℃或以下的露點，則上述裂縫的發生率能保持到最小。因此，生長氮化鎵晶體的本發明的一個方面的一種方法采用載氣、氮化鎵前驅物和含作為摻雜劑的硅的氣體，并且是通過氫化物氣相外延(HVPE)在下襯底上生長氮化鎵晶體的方法。氮化鎵晶體生長方法特征在于，在氮化鎵晶體生長期間載氣露點為-60℃或以下。

根據本發明的氮化鎵晶體生長方法，利用生長速度比MOCVD快的HVPE，使得能夠很容易地生長厚氮化鎵晶體。此外，使用具有-60℃或以下露點的載氣充分降低了載氣中的濕氣，以減少載氣中的氧。這使得其能夠保持氧和硅之間的反應造成的硅氧化物產生在控制下，以在生長氮化鎵晶體時能夠使得硅結合為硅氧化物保持到最小。因此能夠抑制生長的氮化鎵晶體變硬和變脆，這使得在氮化鎵晶體經過減小厚度時能夠最小化裂縫的發生率。

這里，本發明中的“露點”意指由冷鏡式露點濕度計進行的測量。

在上面的氮化鎵晶體生長方法中，優選在氮化鎵晶體生長期間載氣的分壓強在0.56atm和0.92atm之間。